天然氣輕烴制冷工藝

1、天然氣輕烴制冷工藝輕烴產(chǎn)品不僅作為優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，也是近代化學(xué)工業(yè)的 重要原料來源。通過對(duì)現(xiàn)階段國內(nèi)外文獻(xiàn)的研究與探討，對(duì)天 然氣輕烴制冷裝置進(jìn)行分析和比較，介紹在工業(yè)上最常用的天 然氣輕烴制冷方法，如冷凝法。研究油田上目前應(yīng)用的工藝流 程：淺冷法和深冷法。以明確天然氣輕烴制冷工藝目前的狀況 和未來的發(fā)展。天然氣 輕烴 制冷 NGL 工藝從油田氣中回收輕烴，已有幾十年歷史。最初，由于工藝 技術(shù)的限制，且回收產(chǎn)品僅作為工業(yè)與民用燃料，發(fā)展緩慢。 隨著石油化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展和世界能源短缺，天然氣及輕烴 的需要量急劇增長(zhǎng)。油田氣輕烴回收的制冷工藝也已由技術(shù)比 較單一的直接冷凍法，發(fā)展為直接膨脹冷凝法

2、和冷凝膨脹機(jī) 法等多種工藝方法，并注重深度加工，以求回收更多的輕烴產(chǎn) 品。天然氣輕烴制冷的意義天然氣初加工系統(tǒng)是集原油穩(wěn)定，天然氣集、加、返、銷 與輕烴儲(chǔ)運(yùn)、銷售為一體的系統(tǒng)工程。由于集輸管網(wǎng)、工藝路 線及設(shè)備等因素所限，外輸干氣中與穩(wěn)后原油中仍含有大量的 輕烴。國外在外輸送油田的原油外之前，基本上都會(huì)經(jīng)過原油穩(wěn) 定裝置，而對(duì)于伴生氣的油田基本上用深冷分離工藝及深加工 技術(shù)來處理，盡大可能的提高輕烴回收率，降低產(chǎn)品的消耗 量，并盡力提升效益。國內(nèi)目前一般采用深冷及淺冷裝置合用 的方式處理伴有生氣的原油，因此對(duì)制冷工藝進(jìn)行挖潛、改造 和優(yōu)化運(yùn)行非常有意義，可以提高輕烴收率，合理有效地回收 能量，

3、創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。天然氣處理制冷方法及裝置關(guān)于天然氣處理裝置制冷工藝，根據(jù)原理可以分為兩類： 一類是利用制冷劑汽化時(shí)吸收汽化潛熱的性質(zhì)，使之與天然氣 換熱，最后天然氣獲得低溫。另一類是壓縮氣體，然后通過換 熱取走溫度升高的氣體的熱量，讓氣體通過節(jié)流閥或膨脹劑降 壓。根據(jù)焦耳一湯姆遜效應(yīng)氣體溫度降低，然后用降壓前的氣 體與此低溫氣體換熱，從而使降壓后的氣體達(dá)到液化溫度。2.1 冷凝分離法提取出來的液烴，根據(jù)要求，在壓力一定的條件下，利用 各個(gè)組份不同的冷凝溫度，在其降溫過程中，將較高沸點(diǎn)的烴 類冷凝分離出來。此過程稱之為冷凝分離法。根據(jù)提供冷量方 式不同分成三大類方法：外加制冷循環(huán)法、直接膨脹

4、制冷法、 混合制冷法。2.2 冷劑制冷冷劑制冷工藝分單一冷劑制冷和混合冷劑制冷，但是單一 冷劑制冷卻不能達(dá)到深冷所要求的制冷溫度，而混合冷劑制冷 工藝雖能使其達(dá)到要求的溫度，不過操作過程中工藝復(fù)雜難 控，該工藝不可取。2.3 膨脹機(jī)制冷在膨脹機(jī)循環(huán)最簡(jiǎn)單的形式中，循環(huán)制冷是由單一組份氣 流的壓縮和膨脹做功完成。高壓循環(huán)氣在與回流冷循環(huán)氣體的 逆流換熱中被冷卻。在適當(dāng)?shù)臏囟认?，循環(huán)氣體以等熵方式通 過膨脹渦輪，其溫度降到比低于通過焦耳湯姆遜節(jié)流閥膨脹 達(dá)到的溫度。產(chǎn)生的有用功通常通過升壓壓縮機(jī)回收，升壓壓 縮機(jī)是主循環(huán)壓縮機(jī)的補(bǔ)充。目前膨脹制冷循環(huán)主要采用以下 3種形式：天然氣直接膨 脹制冷、氮

5、膨脹制冷、氮?dú)?甲烷混合膨脹制冷。2.4 聯(lián)合制冷由于冷劑制冷投資較高且流程較復(fù)雜，但是穩(wěn)定性較好， 而膨脹機(jī)制冷投資相對(duì)較少，流程比較簡(jiǎn)單，但穩(wěn)定性差，所 以目前常采用冷劑制冷和膨脹機(jī)制冷相結(jié)合的制冷工藝，即膨 脹（單級(jí)）+輔助冷劑（丙烷）的聯(lián)合制冷工藝。制冷工藝 氣體加工包括：從天然氣內(nèi)回收較重的、高熱值組分，把 天然氣燃燒熱值控制在商品氣要求的范圍；把從氣體中回收的 重組分，即天然氣凝液(natural gas liquid, NGL)或稱 “輕烴或輕油”，分餾成附加值高的產(chǎn)品，增加油氣田利潤(rùn)。降低氣體溫度將導(dǎo)致NGL析出。壓力恒定，溫度降低，析 出的凝液愈多。使氣體獲得低溫需要制冷。由

6、冷凝回收天然氣 凝液是工業(yè)上最常用的方法。3.1 淺冷法淺冷裝置主要組成部分：天然氣壓縮和壓縮機(jī)系統(tǒng)、乙二 醇再生、氨壓縮制冷等。塔、泵、壓縮機(jī)、分離器、閃蒸罐等 是主要常用設(shè)備，全部的裝置操作工藝流程相對(duì)較長(zhǎng)，過程中 繁多的參數(shù)且而且關(guān)聯(lián)著前后。目前應(yīng)用廣泛的淺冷工藝為氨 制冷工藝、丙烷制冷工藝。氨制冷目前作為蘇里格氣田試驗(yàn)的主要制冷方式。液氨在 天然氣冷卻器中吸熱蒸發(fā)變成氨氣，氨氣進(jìn)人氨分離器后，經(jīng) 氨壓縮機(jī)加壓后進(jìn)人冷凝器。高壓高溫的氨氣冷凝為液氨進(jìn)人 輔助貯氨器，再經(jīng)貯氨器進(jìn)人氨分離器，然后進(jìn)人天然氣冷卻 器。由于丙烷制冷與氨制冷相比，兩者工藝原理相似，但丙烷 制冷比氨制冷輕烴回收率搞

7、0.3左右。大慶油田原來有6套采 用氨制冷工藝的上下游獨(dú)立的油田氣淺冷裝置，現(xiàn)已改造完成套為丙烷制冷工藝。丙烷制冷工藝相對(duì)于氨制冷工藝，工藝輕烴可達(dá)到比較高 的收率，無毒的可利于安全生產(chǎn)的丙烷選為制冷工質(zhì)。且此工 藝很適合于采用深冷工藝不太經(jīng)濟(jì)的天然氣組分較貧的區(qū)塊， 利用經(jīng)濟(jì)性較好丙烷制冷再合適不過。此外，在已建淺冷裝置 下游不再進(jìn)行處理時(shí)，淺冷工藝也適合用丙烷制冷工藝，達(dá)到 提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。3.2 深冷法 在深冷型的輕烴回收工藝中，深冷溫度基本處于零下451以下，個(gè)別甚至可低于零下1001，為了保證天然氣水合物在低溫下不出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，脫水系統(tǒng)是關(guān)鍵所在。而因吸附 法操作起來比較靈活，脫水的適應(yīng)性較好，并且脫水之后的氣 體露點(diǎn)也比較低，所以其在深冷輕烴回收工藝中經(jīng)常使用。其制冷系統(tǒng)通常用采用膨脹機(jī)制冷和添加冷劑輔助制冷。 不過如原料氣體進(jìn)裝置的壓力較高（一般大于5.0MPa），有 供利用的充足的壓力差時(shí)，或成分較少的原料氣，且不需提供 較多的制冷負(fù)荷時(shí)，即可利用比較單一的膨脹機(jī)制冷工藝，制 冷的溫度大概控制在-80-1101。4 結(jié)論（1）油田氣的輕烴回收工藝以壓縮-低溫制冷-凝液分離 為最基本的工藝路線。因此，制冷工藝成為輕烴回收的重要部 分。（2）降低氣體